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第566章 锂电池

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  (答书友读书人的问题:为什么要复制一些资料?)

  (倒不是为了纯粹性的凑字数。主要考虑到两个方面,一是化工不同于其它行业,除了专业人士或从业人员,普通人很难有机会接触到它,不啰嗦一些容易变成谜语文;二是针对某些‘误区’,需要借着剧情延伸一下。)

  与此同时,化工集团内部正在召开一场技术讨论会。

  “目前,我们使用的电池主要有两类:一类是铅酸电池,技术成熟,但能量密度太低,每公斤只有二三十瓦时;另一类是锌银电池,能量密度高一些,可以达到每公斤一百瓦时左右,但价格昂贵,寿命也有限。”身为化工集团总工程师,王成责无旁贷地做起了主持会议的工作。

  “但是同志们,这个水平,远远不够。”

  “根据国科委掌握的资料,美国通用电气公司正在研究一种新型的燃料电池,据说能量密度可以达到每公斤三百瓦时以上。日本的一些实验室,也在探索使用有机电解液的高能电池。苏联在高温熔盐电池方面,已经取得了一些进展。”

  “同志们,这就是差距。”

  “我们的电池,最多只能做到每公斤一百瓦时;而美苏正在研制的下一代电池,目标是三百、四百、甚至五百瓦时。这个差距,如果不尽快缩小,将来我们在尖端装备上,就会受制于人。”

  (备注:此处的三百、四百、五百,是根据1958年的论文做出的推测,实际上做不到。下文中提出的目标也是不切实际的,只能说符合时代背景)

  会议室里一片安静,与会众人纷纷把目光投在他的身上。

  郝仁侧过身子,和老张小声交流了几句,后者则是频频颔首,似乎对郝仁所言极为赞同。

  王成深吸一口气,接着说道:“所以,今天临时召开这场会议,就是希望和大家一起研究,有没有可能——有没有可能在比较短的时间内,研制出一种全新的、能量密度至少达到每公斤三百瓦时以上的电池。”

  说着,他竖起三根手指,再次强调:“三百瓦时,这是最低要求。”

  听到这个数字,全场肃然。

  1859年,铅酸电池开创了实用时代。

  虽然它的能量密度很低,仅约30-40 Wh/kg,但它能充电、能大电流放电,成本低廉,至今仍作为燃油车的启动电池、部分电动车的能源电池使用。

  而发展到今天——1960年,锌银电池的能量密度也不过是40-110 Wh/kg。

  可想而知,当众人听到王成所说的‘三百瓦时’时,内心深处除了震惊便只能是一种深深的无力感了。

  深知其中缘由的郝仁,笑了笑:“今天我们特意请来了四九城电池厂的同志,先听他们说说,我们目前的技术水平怎么样?差距有多大?”

  “同志们,我先给大家汇报一下我们目前的技术底子。”在郝仁的示意下,四九城电池厂的一名工程师,主动站了出来。

  “目前,我们能够生产的电池主要有以下几种:铅酸电池,能量密度大约在每公斤二十到三十瓦时,主要用于汽车启动和通信电源;锌锰干电池,能量密度大约在每公斤五十到六十瓦时,主要是民用。”

  “镍镉电池,能量密度大约在每公斤四十到五十瓦时,主要用于航空和军工;锌银电池,这是我们目前能量密度最高的产品,可以达到每公斤八十到一百瓦时,主要用于导弹和航天器。”

  “王总工程师所说的三百瓦时,以我们目前的水平,还有大约两到三倍的差距。”

  有人举手,问道:“具体的技术瓶颈在哪里?”

  “瓶颈主要在三方面。第一,正极材料。目前我们使用的正极材料,无论是二氧化锰、氧化银还是氢氧化镍,比容量都不高。要想大幅提高能量密度,必须寻找新的正极材料。”

  “第二,负极材料。目前的负极,主要是锌、镉、铅这些金属,它们的电化学当量都比较大。理论上,最理想的负极材料是锂,因为锂是最轻的金属,电化学当量最小,但锂太活泼了,无法在水溶液中使用。”

  “第三,电解液。目前我们使用的都是水溶液体系,水的分解电压只有一点二三伏,这就限制了电池的电压。如果要提高能量密度,就必须使用非水电解液,把电压提上去。”

  郝仁听完,暗自点头——这三个方向,正是提高能量密度的关键。

  “这三个方向的难点在哪里?”有人继续提问。

  前者顿了顿,轻声回答:“先说正极材料。目前国际上有人尝试使用二氧化锰以外的材料,比如五氧化二钒、三氧化钼等等,但这些材料的比容量虽然有提高,但循环稳定性很差,用几次就不行了。”

  “你们有没有做过这方面的试验?”

  “做过一些初步试验。我们用五氧化二钒做正极,配锌负极,在实验室里做出来的小电池,初始容量确实比锌锰电池高了一倍多,但充放电循环不到二十次,容量就衰减了一半以上。”

  “具体原因呢?”

  “我们分析下来,主要原因是五氧化二钒在充放电过程中结构不稳定,会逐渐从晶态变成非晶态,导致容量衰减。”

  “那就不能找一种结构更稳定的材料吗?”

  “找过。我们试过很多种过渡金属氧化物,比如二氧化钛、三氧化二铬、二氧化锰的改性产物等等,但效果都不理想。要么是容量不高,要么是循环不好,总之很难两全其美。”

  听到这里,郝仁忍不住插了一句:“你们有没有试过将不同材料混合使用?比如,用一种高容量的材料和一种高稳定性的材料做复合正极?”

  那人愣了一下,随即眼睛一亮:“这个思路……我们还没有系统地尝试过。但理论上讲,确实有可能取长补短。”

  “可以考虑。”郝仁点了点头,提醒道,“复合化,这是材料科学的一个重要方向。”

  随着一句‘复合化’,会议的气氛开始变得活跃起来。

  众人你一言、我一语,唇枪舌剑讨论的不亦乐乎。

  可郝仁却是渐感头疼,一来他们讨论来讨论去,始终没能讨论到点子上!二来一群高级知识分子聚到一起,颇有谁也不服谁的劲头,慢慢的竟起了火药味!

  思忖再三,郝仁终究是清了清嗓子。

  “关于电解液的问题,我来说几句。”所有人的目光都转向了他,“我看了一下电池厂方面转来的资料,目前我们使用的都是水溶液电解液,水的分解电压决定了电池的电压上限是一点二三伏。但实际上,我们通过使用不同电极材料,可以让电池的工作电压达到一点五伏、一点八伏,甚至两伏,但这已经接近极限了。”

  “要突破这个极限,必须使用非水电解液。”他顿了顿,“非水电解液,比如有机溶剂,它们的电化学窗口可以达到四伏甚至更高。这样就可以使用更活泼的负极材料,比如锂、钙、镁这些。”

  “那为什么不用?”老张恰到好处地问。

  郝仁随即解释道:“张书记,非水电解液的问题也不少。首先,有机溶剂的电导率比水低得多,这就意味着电池的内阻大、大电流放电能力差。其次,有机溶剂容易燃烧,安全性是个大问题。再次,有机溶剂对杂质特别敏感,稍微有一点水,就会和活泼金属反应,产生气体,导致电池鼓胀甚至爆炸。”

  “这些问题能解决吗?”老张又问。

  郝仁沉默了一会儿:“能,但需要时间。美国的一些实验室从五十年代中期就开始研究非水电解液电池,到现在已经四五年了,仍然没有拿出可以实用的产品。这个难度,可想而知。”

  王成一直在做着笔记,这时他合上笔记本,抬起头。

  “郝仁同志说得对,非水电解液确实有很多问题。但是,这些问题不是不能解决的。”

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